Различные аналитические классификации катионов по группам

В связи с применением различных групповых реагентов сформировались и различные аналитические классификациикатионов по группам или различные химические методы качественного анализа катионов: сероводородный (сульфидный), аммиачно-фосфатный, кислотно-основной, карбонатный, бифталатный, сульфидно-основной, тиоацетамидный. Наиболее распространенными являются три аналитические классификации катионов по группам: сероводородная (сульфидная), аммиачно-фосфатная (или фосфатно-аммиачная) и кислотно-основная, причем сероводородный метод анализа в последние десятилетия применяется все реже, так как он требует получения и применения токсичного сероводорода и довольно продолжителен.

Поэтому и разработаны «бессероводородные» методы качественного полумикроанализа, в которых сероводород не применяется — аммиачно-фосфатный, кислотно-основной и некоторые другие.

Следует отметить, что полный ход систематического анализа катионов по любой классификации в фармацевтическом и экологическом анализе практически никогда не используется [2], а сочетается с дробным анализом (где это возможно).

Аналитическая классификация катионов по группам базируется на химических свойствах катионов и тесно связана с их электронным строением и положением соответствующих элементов в периодической системе. Эта связь достаточно глубока и на первый взгляд не всегда проявляется в виде простой внешней корреляции. Например, как уже отмечалось выше, в качестве группового реагента на катионы Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb2⁺ выступают хлорид-ионы Сl, хотя серебро, ртуть и свинец относятся к различным группам периодической системы химических элементов.

Кроме того, в анализе возникают сложности, т.к. с одной стороны, некоторые химические элементы могут образовывать несколько различных катионов. Например, железо образует катионы Fе²⁺ и Fе³⁺, ртуть — катионы Hg⁺ и Hg₂²⁺, медь — катионы Сu⁺ Сu²⁺ и т. д.

С другой стороны, один и тот же химический элемент может давать и катионы, и анионы. Так, марганец образует катион Мn²⁺ и анион МnО₄^-, хром — катион Сr³⁺ и анионы СrО₄^2-, Сr₂0₇^2- и т.д.

Поэтому невозможно так оптимально объединить все катионы по группам, чтобы в одну и ту же аналитическую группу входили только катионы элементов какой-то одной группы (или подгруппы) периодической системы, хотя в некоторых частных случаях это иногда удается. Например, катионы металлов Са²⁺, Sr²⁺ , Ba²⁺ — расположенных во второй группе периодической системы элементов, образуют и одну аналитическую группу, но катион магния Mg²⁺ в эту аналитическую группу не входит.

В основу той или иной аналитической классификации катионов по группам положены их сходство или различие по отношению к действию определенных аналитических реагентов и свойства образующихся продуктов аналитических реакций (растворимость в воде, в кислотах и щелочах, в растворах некоторых реагентов, способность к комплексообразованию, окислительно-восстановительные свойства), выделяющихся в виде газов, выпадающих в осадок, растворяющихся или дающих окраску.

Применение групповых реагентов на практике позволяет подразделять многие катионы по аналитическим группам. Однако не существует такая универсальная аналитическая классификация катионов, которая охватывала бы все известные катионы или, по крайней мере, катионы всех металлов.

Далее в таблицах представлены многие катионы в соответствии с наиболее распространенными сероводородной, аммиачно-фосфатной и кислотно-основной классификациями. В этих таблицах, правда, перечислены не все катионы, входящие в те или иные группы, а только те из них, которые наиболее часто встречаются в фармацевтическом анализе и эко-аналитическом контроле.

Заметим еще, что в водных растворах «голые» индивидуальные катионы металлов, особенно многозарядные, не существуют, поскольку они термодинамически неустойчивы и, реагируя с окружающими их молекулами воды или другими частицами, образуют комплексы (сольваты) различного состава. Поэтому используемая в дальнейшем форма написания катионов металлов с указанием числового значения их положительного заряда, например, Hg⁺, Bi³⁺ Sn⁴⁺ и т.д., условна и означает лишь то, что речь идет о соединении металла в соответствующей степени окисления, а не о действительном существовании таких ионов с обычно указываемым целочисленным значением заряда катиона металла.

При этом далеко не всегда известно, в форме каких комплексов присутствуют те или иные катионы в водном растворе. Обычно в растворах устанавливаются равновесия между различными химическими формами катиона металла, причем в зависимости от условий (соотношение концентраций реагентов, рН среды, температура, присутствие других веществ и т.д.) может доминировать (иметь максимальную концентрацию) та или иная форма.

Именно с учетом этого замечания мы и будем в дальнейшем для простоты пользоваться общепринятыми упрощенными символикой и терминологией при описании ионов, несмотря на их условность.